CN1398089A - 显式优先级信元中继方法和通信实现系统 - Google Patents

Abstract

显式优先级信元中继方法和通信实现系统属于采用定长信元的网络传输技术，采用该技术的信源发送端在产生和发送信元时根据每个信元携带的特定信息内容把信元设定为不同的信元传输优先级；网络入口处的网络终端监测通信虚连接的信元到达速率，对到达信元设置信元丢弃优先级；网络交换节点使用预留的网络资源传输服务合约带宽以内的信元，用剩余的网络资源传输合约带宽以外的信元。它可以在一个连接中标识出多个不同的信元传输优先等级；通过流量违约指示同时兼顾用户和网络的利益，在一条连接中同时支持保证型业务和非保证型业务；通过信源端、网络终端和交换节点三者相互配合完成用户数据的优先级方式网络传输，适合于传输综合业务。

Description

显式优先级信元中继方法和通信实现系统

技术领域

本发明属于一种网络传输方法及其实现系统，尤其是一种采用定长信元为信息传输单位的分组网络传输方法和通信网络系统。

背景技术

ITU-T(国际电信联盟标准部)建议的宽带综合业务数字网(BISDN)是这样一种分组传输网络的代表。BISDN是一个高速、低延迟的复用和交换网络，使用异步传输模式(ATM)，经由一个标准的用户网络接口，向居民和商业用户提供范围广泛的综合业务，同时支持话音、数据以及视频应用等多种类型的传输应用。

ATM传输网络提供直到ATM协议层为止的功能，这些功能通过信头来实现，在传送信息时只对信头进行操作而不处理信息字段(净荷)的内容。ATM只通过信头提供有限的差错检测操作，不提供反馈重传。这种分层处理原则简化了ATM的网络处理，对于提高网络的规模扩展能力是必要的。但是当前的层次划分过于简单，终端处理能力提高以后，网络在传输质量控制方面就显得能力不足，产生了一些难以克服的问题。

ATM以连接为基础分配优先级，它在呼叫建立时通过信令协商，将优先级赋给每个虚连接(VC)。这种隐含优先级的好处是可以根据需要来定义任意类型的优先级，优先级的数量也可以根据需要来调整。但这也意味着同一个虚连接的所有信元具有相同的优先级。由于综合业务数字网隐含假定了在一条通信连接续存期间，一个通信终端只对应一个用户的一种业务，或者一个终端(有时与终端用户混用)在同一时间的每个应用都有一条虚连接。在此前提假设下，这种以连接为基础的优先级分配方法是可行的。

但是随着终端性能的提高，一个终端已经不再与一个用户相对应。在两个终端之间建立的一个虚连接上有可能需要传送多个用户的多个会话的信息，而且同一个应用会话在通信过程中传输需求也会发生变化。这时单靠一个关于该连接的普适服务质量参数就很难反映不同用户的不同会话在不同时刻的特殊需求，应该为每一个信元指定传输优先级别。

网间互连协议(IP)在传输帧格式中设置了8比特的优先级标志，但是没有提出实现这些优先级的可靠方法。目前提出了综合业务优先级和差别业务优先级两种IP优先级方案，它们都是由网络按业务种类对到达流量划分优先级，在网络资源不够时以较大的概率丢弃业务优先级低的包。区别在于综合业务优先级方案使用了资源预留协议，并且资源预留是针对每一个业务流的；而差别业务优先级方案首先将同一子网内要求相似的业务汇集成一类，然后针对每一个业务类进行资源分配。它们都没有涉及同一个业务流中由信源指定的不同分组包的优先级问题。

由于分组网络中的拥塞是不可避免的，如果不能由信源来指定优先级，那么网络拥塞时，网络很可能将同一连接中相对次要的数据保留，却将相对重要的数据丢弃。目前已经开发了质量分级编码技术，可以根据信道带宽动态改变信源编码速率，或者在拥塞时选择丢弃较低优先级的编码数据，同时保持可接受的服务质量。在信道带宽充足时，传输所有编码数据可以提高服务质量。显然如果不能由信源来指定一个虚连接内信元的相对优先级，就不能支持这种分级编码传输方案。

发明内容

本发明的目的就是提供一种支持连接内多优先级、同时兼顾用户和网络的利益、适合于多种类型业务、简单易于实施的信元中继方法和实现系统。

本发明的特征在于：信源发送端在产生和发送信元时，根据每个信元携带的特定信息内容把信元设定为不同的信元传输优先级；网络入口处的网络终端监测通信虚连接的有效信元到达速率，对到达信元设置信元丢弃优先级；网络交换节点使用预留的网络资源传输服务合约带宽以内的信元，用剩余的网络资源按信元优先级传输合约带宽以外的信元。所述信源设定的信元传输优先级至少包括是否立即发送、传输延迟高低和传输可靠程度三个方面的指标，用信元净荷类型字段中的紧急传输指示、时延敏感指示和重要数据指示表示；网络终端设定的信元丢弃优先级与有效信元到达速率有关，用信元净荷类型字段中的流量违约指示表示。网络入口处的网络终端监测通信虚连接的有效信元到达速率，对服务合约带宽以内的信元设置较低的信元丢弃优先级，对超出服务合约带宽的超速流量，按照信元传输优先级从低到高的次序筛选分流出来标记为较高的信元丢弃优先级。在网络拥塞时所述的交换节点优先丢弃传输优先级较低的信元，再丢弃传输优先级较高的信元。所述的预留的网络资源只包括申请带宽的最小值。在所述的信元中包括连接识别字段(21)、净荷类型字段(22)、其他控制字段(23)和有效用户数据(24)；其中净荷类型字段(22)包括紧急传输指示(221)、时延敏感指示(222)、重要数据指示(223)、流量违约指示(224)和其它标志位(225)，通信终端(11)把由网络终端分配的虚连接识别号设置在信头中的连接识别字段(21)，用户的有效数据封装在信元的净荷部分(24)，并根据应用的具体情况，对有特殊要求的信元设置特殊的信元净荷类型。

因而本发明的信元中继方法是：根据通信传输的服务质量要求，通过信令协商建立通信虚连接，预留必要的网络资源。信源发送端在产生和发送信元时，根据每个信元携带的特定信息内容将信元设定为不同的信元传输优先级。网络入口处的网络终端监测通信虚连接的有效信元到达速率，对到达信元设置信元丢弃优先级。网络交换节点使用预留的网络资源传输服务合约带宽以内的信元，用剩余的网络资源按信元优先级传输合约带宽以外的信元。

本发明改进的方法是，根据通信传输的服务质量要求，通过信令协商建立通信虚连接预留必要的网络资源，网络预留的带宽资源只包括申请带宽的最小值。信源发送端在产生和发送信元时，根据每个信元携带的特定信息内容将信元设定为不同的信元传输优先级。网络入口处的网络终端监测通信虚连接的有效信元到达速率，对服务合约带宽以内的信元设置较低的信元丢弃优先级，对超出服务合约带宽的超速流量，按照信元传输优先级从低到高的次序筛选分流出来标记为较高的信元丢弃优先级。网络交换节点使用预留的网络资源传输具有最低信元丢弃优先级的信元，其余的信元用剩余的网络资源按照信元传输优先级的高低进行传输。

本发明进一步改进的方法是，上述信源设定的信元传输优先级至少包括是否立即发送、传输延迟高低和传输可靠程度三个方面指标，用信元净荷类型字段中的紧急传输指示、时延敏感指示和重要数据指示表示，网络终端设定的信元丢弃优先级与有效信元到达速率有关，用信元净荷类型字段中的流量违约指示表示。网络拥塞时，交换节点优先丢弃传输优先级较低的信元，再丢弃传输优先级较高的信元。

本发明的实现系统特征在于：它含有用户终端、网络终端和交换节点三个部分，所述的网络终端12、14分别与交换节点13相连，用户终端11、15又分别与网络终端12、14相连。其中用户终端含有与网络终端相连以便向网络终端发送由信元数据转换成的线路传输信号、并在相反的方向把线路传输信号恢复成接收信元数据的线路驱动接口115、155，与线路驱动接口115、155双向交互连接以维持发送和接收的信元缓冲队列并对是否发生了信元丢弃进行检查的传输质量控制模块114、154，把产生的通信数据封装成为信元同时根据特定内容的传输质量要求把信元设定为不同的传输优先级后再向传输质量控制模块114、154发送的信元生成和优先级设定模块112、152，从传输质量控制模块114、154发来的正确接收的信元中取出终端应用111、151所需数据的信元数据提取模块113、153，以及接收信元数据提取模块113、153发来的数据并向信元生成和优先级设定模块112、152发送通信数据的终端应用111、151；用户终端中的终端应用111、151产生和消耗通信数据。网络终端12含有监测从用户终端方向来的每个连接流量状态的有效信元到达速率测量部件121，接收和缓存从用户端方向送来的信元的信元缓存队列122，根据到达速率测量部件121的测量结果和预先存储在数据库单元124中的连接参数信息判定有效信元到达速率是否超过合约的智能控制部件123，存储连接参数信息的数据库单元124，根据智能控制部件123的指示对从用户端收到的信元设定信元丢弃优先级后再把收到的信元向相连的网络交换节点13发送的信元丢弃优先级更改部件125，与用户终端和交换节点都相连、接收交换节点送来的信元并将它们转发给用户终端的到达信元按地址过滤和分发部件126。网络终端14具有与网络终端12相同的结构。网络交换节点13含有输入输出端口模块131、交换矩阵模块132和智能优先级信元缓存模块133。网络交换节点13按照信元相对优先级的的高低丢弃信元。

本发明的优点在于：

1.支持连接内的多优先级：

本发明在信头净荷类型字段22中设置了紧急传送指示221、时延敏感指示222和重要数据指示223等信元传输相对优先级指示标志，信源通过设定这些标志位，可以在一个连接中标识出多个不同的信元传输优先等级。这样当网络发生拥塞、网络交换节点13不得不丢弃信元时，可以优先选择丢弃传输优先级较低的信元，从而使信元丢弃对用户通信质量的影响最小。

2.同时兼顾了用户和网络的利益：

本发明在净荷类型字段22中同时还设置了流量违约指示224，作为由网络来控制的信元相对优先级指示。网络入口处的网络终端12、14通过监测有效信元到达流量，对违反该连接的服务质量合约的超速信元设定流量违约指示标志有效。净荷类型字段22中由信源控制的信元相对优先级指示标志和由网络控制的信元相对优先级标志一起，共同反映了同一条通信虚连接中信元的相对优先级。网络交换节点13据此来对信元做出转发还是丢弃的决定，同时兼顾了用户和网络的利益。

3.适合多种业务类型：

使用本发明的信元传输优先级设定方法，用户只须将需要保护的数据信元设为较高优先级，需要尽力传输的数据信元设为较低优先级，就可以在同一条通信虚连接中同时传输它们，用一条虚连接同时支持保证型业务和非保证型业务。这样在建立连接时就无须对业务类型进行划分，即用相同的连接方法支持多种业务类型，从而简化了应用软件的复杂度。

4.易于实施：

本发明将复杂的传输优先级管理划分为信源端、网络入口和交换节点三个相对独立又相互配合的部分，每个部分完成确定而且相对简单的功能。信源端只管设定与用户要求有关的信元相对优先级，网络入口只管判定到达信元是否违约并设定于此有关的信元相对优先级，网络交换节点13只管按照信元相对优先级的的高低丢弃信元。通过三者之间的有机配合来完成用户数据的优先级方式网络传输，在保证守约信元的服务质量的前提下，实现违约信元按优先级的尽力传送。

附图说明

图1是本发明的通信网络系统结构示意图。

图2是本发明的信元结构示意图。

图3是本发明的输入缓存型网络终端内部实现结构和外部双向流量关系图。

图4是本发明的网络终端实现方法之二的结构框图。

图5是本发明的网络终端实现方法之三的结构框图。

图6是本发明的输出缓存交换机结构框图。

图7是本发明的输入缓存交换机结构框图。

图8是现有交换机使用的缓存模块实现框图。

图9是本发明的智能优先级信元缓存模块实现方法之一的结构框图。

图10是本发明的智能优先级信元缓存模块实现方法之二的结构框图。

图11示本发明的智能优先级信元缓存模块实现方法之三的结构框图。

具体实施方式

本发明的实施方案如下：

在图1所示的通信网络中，两用户分别使用用户终端11和15进行双向通信。其中用户终端11包括终端应用111、信元生成和优先级设定模块112、信元数据提取模块113、传输质量控制模块114和线路驱动接口模块115。用户终端15包括终端应用151、信元生成和优先级设定模块152、信元数据提取模块153、传输质量控制模块154和线路驱动接口模块155。网络交换节点13包括输入输出端口模块131、交换矩阵模块132和智能优先级信元缓存模块133。12和14是网络入口处的网络终端。图1中连接用户终端11和网络终端12、网络终端12和交换节点13、交换节点13和网络终端14、网络终端14和用户终端15的实线表示在各个网络设备之间双向的通信电缆连接。

系统中默认信令传输连接是始终存在的。这个默认信令传输连接可以参照ATM网络由管理员通过手工方式设置。通信前，终端11和15在默认的信令虚连接上使用Q.2931协议建立通信虚连接，通信虚连接沿途经过的网络终端12、网络交换节点13和网络终端14则根据Q.2931协议检查并预留网络资源，为沿途各条链路分配虚连接识别号。通信虚连接成功建立以后，用户终端11和15之间就可以进行双向通信了。

进行通信时，通信终端11中终端应用111生成的用户数据，由信元生成和优先级设定模块112封装在图2所示的信元中。信元中包括了连接识别字段21、净荷类型字段22、其它控制字段23和有效用户数据24，用户有效数据封装在信元的净荷部分24，并根据应用的具体情况，对有特殊要求的信元设置特别的信元净荷类型。净荷类型字段22包括了紧急传输指示221、时延敏感指示222、重要数据指示223、流量违约指示224和其它标志位225。重传的时延敏感数据和特殊控制命令可以设置紧急传送指示221有效；定时要求相对较高的少数数据信元可以设置时延敏感指示222有效；包含比较重要的编码参数的少数信元可以设置重要数据指示223有效。最后通信终端11用网络终端12分配的虚连接识别号(即VPI和VCI组合)设置信头中的连接识别字段21。

下面的例子可以进一步说明上述优先级的设定方法。如果终端应用111采用了自适应速率编码技术，通常会产生重要性和要求不同的编码数据。例如视频信号，它是对一系列连续的图像帧进行编码而得到的数据流。这些图像帧的编码数据可以分为分辨率较低的图像轮廓信号编码和分辨率较高的图像细节编码。此外某些图像帧数据中还插有帮助定时的时间戳数据。图像轮廓信号编码数据量小、对图像还原至关重要，因此封装有图像轮廓信号编码的信元应该设置重要数据指示223有效；接收端需要及时收到时间戳数据才能保证视频流的平稳回放，因此封装有时间戳数据的信元应该设置时延敏感指示222有效。如果接收端较长时间没有收到时间戳数据，发送端应该立即插入时间戳数据，并对封装该时间戳数据的信元设置紧急传输指示221有效。

再考虑另一个实际情况。当发送电子邮件时，可能用户不小心输入了错误的接收地址并按了发送键，用户希望立即中止尚未完成的邮件发送。这时用户的终端应用111可以产生一个“取消”控制指令，同时对封装该指令的信元设置紧急传输指示221有效。

封装好的信元经过传输质量控制模块114的缓存，由线路驱动接口模块155转换成线路传输信号，经由通信传输线路送到网络入口处的网络终端。

网络终端的一种内部结构和外部双向流量关系如图3所示，图中包括了用户终端11、网络终端12a和交换节点13。网络终端12a包括了有效信元到达速率测量部件121、信元缓存队列122、智能控制部件123、数据库单元124、信元丢弃优先级更改部件125和地址过滤和信元分发部件126。

网络终端还可以有其它的实现结构，例如图4和图5所示。在图3中信元数据总是从信元缓存队列122输出到信元丢弃优先级更改部件125，而在图4的12b和图5的12c中信元缓存队列122和信元丢弃优先级更改部件125之间设置了双向的数据通道，使得信元丢弃优先级更改部件125可以直接操作信元缓存队列122中的信元。

网络入口处的网络终端12收到用户终端11发来的信元以后，按照连接建立时达成的服务质量合约，对用户到达流量的信元速率进行合约检查。智能控制部件123根据信头提供的虚连接识别号21，在数据库单元124中找到与该通信虚连接有关的服务质量参数，其中包括网络对用户承诺的可靠信元传输速率。有效信元到达速率测量部件121监测和统计每条通信虚连接的有效信元到达速率，可以包括按不同信元优先级分别计算的分类信元到达速率。

智能控制部件123根据监测结果，在判定有效信元到达速率超过服务质量约定数值时，按照一定的优先级次序指示信元丢弃优先级更改部件125对到达信元设置流量违约指示224有效。总的原则是首先对普通信元设置流量违约指示224有效，然后依次对时延敏感信元、重要数据信元、最后是紧急传送信元设置流量违约指示224有效。如果忽略了流量违约指示224有效的信元以后，有效信元到达流量不再超过约定的可靠信元传输速率，那么就停止设置到达信元的流量违约指示有效。达到动态平衡时，设置了流量违约指示有效的到达信元占全部有效到达信元的比例，与超速信元占有效到达信元的比例是一致的。这个优先级设置原则可以有多种具体实现方法。

智能控制部件123可以根据有效信元到达速率测量部件121的测量结果，计算各个优先级上需要设置流量违约指示224有效的信元占该优先级所有有效到达信元的比例。在图3所示的实现结构中，信元丢弃优先级更改部件125按智能控制部件123计算出来的比例，对从信元缓存队列122输出的、从用户终端到达的信元设置流量违约指示224有效即可。如果网络终端不使用信元缓存队列，则相当于图3中信元缓存队列122的缓存容限缩减为零的情况。这时仍然可以按照计算出来的针对各个优先级的设置比例，对到达信元设置信元丢弃优先级。

比如需要对10％的普通信元设置流量违约指示有效，那么信元丢弃优先级更改部件125每转发10个信元就对其中的1个设置流量违约指示224有效。再比如需要对全部普通信元和30％的时延敏感信元设置流量违约指示，那么信元丢弃优先级更改部件125对收到的每一个普通信元设置流量违约指示224有效，对收到的每一个时延敏感信元按30％的概率设置流量违约指示224有效。有很多文献介绍如何以某个概率实现一个特定的操作。典型的做法是使用一个在0～1之间均匀分布的随机数发生器。如果要按30％的概率设置时延敏感信元的流量违约指示有效，就在有新时延敏感信元到达时触发一次随机数发生器；随机数发生器输出小于等于0.3时就设置该时延敏感信元的流量违约指示有效，大于0.3时就让该时延敏感信元直接通过。也有一种简单的方法同样实现按比例设置，这种方法使用一个累加的比例变量K。假设需要对比例为k的普通信元设置流量违约指示，那么每新到一个普通信元就做一次K＝K+k的操作。如果结果K大于等于1，就设置该普通信元的流量违约指示224有效，同时将K的值减去1；否则不设置该普通信元的流量违约指示标志。

在图5所示的实现结构中，信元丢弃优先级更改部件125按智能控制部件123计算出来的各个优先级的设置比例，对从用户终端到达信元缓存队列122中的信元设置流量违约指示224有效。在图4所示的实现结构中，既可以在缓存队列122输出的时候，根据智能控制部件123计算出来的比例作为随机设置的概率，由信元丢弃优先级更改部件125对输出信元用随机设置的方法设置流量违约指示有效；也可以按智能控制部件123计算出来的各个优先级的设置比例，直接对到达信元缓存队列122的各个优先级的信元设置流量违约指示有效。

网络终端12不丢弃任何用户数据信元，它随后把收到的所有用户数据信元，无论是否设置了流量违约指示都继续送到网络交换节点13。

网络终端14可以用与网络终端12相同的方法和结构实现。它同样也按照连接建立时达成的服务质量合约，对用户终端15发出的数据信元进行到达流量合约检查，并对其中的超速信元按照一定的优先级次序进行信元丢弃优先级标记处理以后，一起送到网络交换节点13。

中间网络交换节点13的网络功能由置于网络交换节点13处的网络交换机完成。网络交换机用一个交换矩阵模块132将到达信元交换到各自的目的端口输出。它用到达信元携带的虚连接识别号21来确定信元的传输转发地址和下一段虚电路连接，将从网络终端12来的信元转发到网络终端14，从网络终端14来的信元转发到网络终端12，并用新的虚连接识别号替换信头中原来的虚连接识别号21。

为了防止交换节点13处资源竞争引起的信元丢失，保证交换节点13处的信元丢失概率满足传输服务质量的要求，交换机需要使用信元缓存。交换机中智能优先级信元缓存模块133与交换矩阵模块132之间有输出缓存、输入缓存、中央缓存、分布缓存等多种连接配合方式。图6和图7以输出缓存和输入缓存为例说明本发明中智能优先级信元缓存模块133与交换矩阵模块132之间的结构连接关系，图中的交换机包含了输入输出端口模块131、交换矩阵模块132和智能优先级信元缓存模块133，但本发明包括但不限于采用输出缓存和输入缓存的交换机。

通常的交换机使用一个图8所示的非智能信元缓存模块134，而不是智能优先级信元缓存模块133。这种非智能信元缓存队列包括非智能信元丢弃控制装置1341和信元缓存队列1342。信元缓存队列1342设置了一个告警门限，比如60％缓存容量。当缓存队列的长度超过告警门限，即信元缓存队列已使用的空间超过60％总缓存容量时，缓存队列产生告警信号并进入告警状态。告警信号通过虚线传递给非智能信元丢弃控制装置1341。非智能信元丢弃控制装置1341在缓存队列1342处于告警状态时，不加区分地丢弃所有打上了流量违约标志的信元。当缓存占用率低于告警门限时，缓存队列1342退出告警状态，信元丢弃装置1341不再丢弃信元，它将所有到达信元都送入缓存队列1342以便输出。

本发明的特征在于使用了智能优先级信元缓存模块133。图9给出了智能优先级缓存模块的一种实现结构133a。它将信元缓存队列的容量分成了预留部分1332b和争用部分1332a两个部分。预留部分1332b是在连接建立时交换节点预留的资源，它用于缓存守约信元，其大小足以保证守约信元在交换节点处的丢失概率低于服务质量参数中约定的数值。争用部分1332a是带优先级的缓存队列，因此也可以称为优先级信元缓存队列，它用于缓存违约信元。本发明中守约信元的传输优先级高于违约信元，因此争用部分1332a所缓存的违约信元在预留部分1332b所缓存的守约信元都清空了以后才输出。优先级信元缓存队列1332a中优先级的划分可以参考信元净荷类型，比如根据紧急传送指示221、时延敏感指示222和重要数据指示223三方面指标，每个方面都分成高和低两个级别，在缓存队列中设置8个优先级别。显然，设置的优先级越多，实现起来越复杂。还可以针对缓存队列中信元输出和信元丢弃两种操作分别设置不同的优先级。

一种最佳的信元传输优先级设置方法是，设置紧急传送指示221有效的信元为最高优先级5，设置时延敏感指示222和重要数据指示223同时有效的信元为优先级4，设置时延敏感指示222有效但是重要数据指示223无效的信元为优先级3，设置时延敏感指示222无效但是重要数据指示223有效的信元为优先级2，设置传输优先级标志位都无效的普通信元为最低优先级1。低传输优先级的信元在高传输优先级的信元全部输出完以后再从优先级信元缓存队列1332a输出。

一种最佳的信元丢弃优先级设置方法是，设置紧急传送指示221有效的信元为最低优先级1，设置时延敏感指示222和重要数据指示223同时有效的信元为优先级2，设置时延敏感指示222无效但是重要数据指示223有效的信元为优先级3，设置时延敏感指示222有效但是重要数据指示223无效的信元为优先级4，设置传输优先级标志位都无效的普通信元为最高优先级5。发生拥塞时优先级信元缓存队列1332a的队列长度将持续增长。这时由智能信元丢弃控制装置1331控制丢弃部分违约信元。

一种方法是对优先级信元缓存队列1332a设置多个告警门限，例如相应于所述的5个丢弃优先级，设置4个告警门限，从m1到m4，对应的队列长度和缓存占用率逐渐升高。当优先级信元缓存队列1332a的队列长度超过m1时，智能信元丢弃控制装置1331丢弃信元丢弃优先级最高的、也就是优先级为5的违约信元，让信元丢弃优先级低于5的违约信元通过进入优先级信元缓存队列1332a；当优先级信元缓存队列1332a的队列长度超过m2时，智能信元丢弃控制装置1331丢弃信元丢弃优先级为高于等于4的违约信元，让信元丢弃优先级低于4的违约信元通过进入优先级信元缓存队列1332a；余类推。最后当优先级信元缓存队列1332a满时，智能信元丢弃控制装置1331丢弃所有到达的违约信元。

最佳的信元丢弃方法是当优先级信元缓存队列1332a溢出时才丢弃违约信元。优先级信元缓存队列1332a的状态通过虚线所示的控制信号通道报告给智能信元丢弃控制装置1331。智能信元丢弃控制装置1331首先取出并丢弃队列中信元丢弃优先级高的违约信元，没有信元丢弃优先级较高的违约信元可丢弃时，再丢弃信元丢弃优先级低一级的信元。具体地说，相应于所述的5级丢弃优先级，就是首先丢弃信元丢弃优先级为5的信元。如果所有信元丢弃优先级为5的信元都被丢弃，但是仍然有信元丢弃优先级低于5的违约信元到达，就丢弃信元丢弃优先级为4的违约信元。最后当队列中已经没有信元丢弃优先级高于1的违约信元时，信元丢弃控制装置133丢弃所有到达的违约信元。

进一步改进的方法是：将守约信元的信元传输优先级作为最高优先级而设为优先级6，守约信元的信元丢弃优先级作为最低丢弃优先级而设为优先级0，并且采用类似于上面所述的优先级信元缓存队列管理方法，从而将缓存队列预留部分1332b和争用部分1332a重新合而为一，作为一个较大的优先级信元缓存队列1332来使用，更好地发挥交换机中缓存队列的统计复用作用。合并以后的智能优先级信元缓存模块实现结构如图10所示，它包括了智能信元丢弃控制装置1331和优先级信元缓存队列1332。

这时最佳信元传输方法仍然是：低传输优先级的信元在高优先级的信元全部输出完以后，再从信元优先级缓存队列1332输出。发生拥塞时丢弃信元的方法需要对上面所述的信元丢弃方法做一点小修正。如果采用设置多个告警门限的方法，那么应该相应地设置5个告警门限，当队列长度超过第1个门限时丢弃信元丢弃优先级最高(此例为5)的信元，余类推，直至最后缓存队列满时丢弃所有到达信元；如果采用当优先级信元缓存队列溢出时才从缓存队列中取出并丢弃高信元丢弃优先级信元的方法，那么最后当缓存队列1332中没有信元丢弃优先级高于0的违约信元时才丢弃所有到达信元。

智能优先级信元缓存模块还可以用图11所示的结构实现。采用该结构时，最佳传输方法是：低传输优先级的信元在高优先级的信元全部输出完以后，再从信元优先级缓存队列1332输出。最佳信元丢弃方法是：当优先级信元缓存队列溢出时，才从缓存队列中取出并丢弃高信元丢弃优先级的信元，没有信元丢弃优先级较高的信元可丢弃时，再丢弃信元丢弃优先级低一级的信元，最后没有违约信元可丢弃时丢弃最后到达的信元。

网络终端12收到交换节点13送来的信元，到达信元按地址过滤和分发部件126根据信元携带的虚连接识别号21判断出最终目的地是用户终端11，于是从相应的输出端口将它们送往用户终端11。同样网络终端14也将交换节点13送来的、最终目的地为用户终端15的信元送往用户终端15。

用户终端11和15收到通信对端发来的信元后，由线路驱动接口模块155还原成为信元数据，送给传输质量控制模块114。传输质量控制模块114检查信元在传输过程中的丢失情况，通过信令信元向通信对端报告。通信对端可以降低传输速率，从而减少信元丢失概率，提高传输质量。传输质量控制模块114将收到的信元送给信元数据提取模块113，由信元数据提取模块113从信元净荷部分24中取出有效的用户数据，递交给需要的终端用户，从而完成双向通信过程。

可以将网络终端12和14集成到交换机13的输入输出端口模块131中，从而简化网络的安装过程。但是在对用户流量进行实际的交换以前，执行网络终端的流量合约检查和超速信元标记操作是不可缺省的。它使网络能够区分违反规则的用户流量，从而可以选择性地对恶意使用网络的少数用户采取措施，保证整个网络的稳定运行。这种流量合约检查和超速信元标记的最佳位置在网络入口处，即距离用户最近的那个网络设备处。这时网络具有较好的规模扩展性能。

Claims (9)

1.显式优先级信元中继方法，它是一种根据通信传输的服务质量要求，通过信令协商建立通信虚连接后再分配优先级的方法，其特征在于：信源发送端在产生和发送信元时，根据每个信元携带的特定信息内容把信元设定为不同的信元传输优先级；网络入口处的网络终端监测通信虚连接的有效信元到达速率，对到达信元设置信元丢弃优先级；网络交换节点使用预留的网络资源传输服务合约带宽以内的信元，用剩余的网络资源按信元优先级传输合约带宽以外的信元。

2.根据权利要求1所述的显式优先级信元中继方法，其特征在于：所述信源设定的信元传输优先级至少包括是否立即发送、传输延迟高低和传输可靠程度三个方面的指标，用信元净荷类型字段中的紧急传输指示、时延敏感指示和重要数据指示表示；网络终端设定的信元丢弃优先级与有效信元到达速率有关，用信元净荷类型字段中的流量违约指示表示。

3.根据权利要求1、2所述的显式优先级信元中继方法，其特征在于：所述网络入口处的网络终端监测通信虚连接的有效信元到达速率，对服务合约带宽以内的信元设置较低的信元丢弃优先级，对超出服务合约带宽的超速流量，按照信元传输优先级从低到高的次序筛选分流出来标记为较高的信元丢弃优先级。

4.根据权利要求1所述的显式优先级信元中继方法，其特征在于：在网络拥塞时所述的交换节点优先丢弃传输优先级较低的信元，再丢弃传输优先级较高的信元。

5.根据权利要求1所述的显式优先级信元中继方法，其特征在于：所述的预留的网络资源只包括申请带宽的最小值。

6.根据权利要求1所述的显式优先级信元中继方法，其特征在于：在所述的信元中包括连接识别字段(21)、净荷类型字段(22)、其他控制字段(23)和有效用户数据(24)；其中净荷类型字段(22)包括紧急传输指示(221)、时延敏感指示(222)、重要数据指示(223)、流量违约指示(224)和其它标志位(225)，通信终端(11)把由网络终端分配的虚连接识别号设置在信头中的连接识别字段(21)，用户的有效数据封装在信元的净荷部分(24)，并根据应用的具体情况，对有特殊要求的信元设置特殊的信元净荷类型。

7.根据权利要求1所述的显式优先级信元中继方法而提出的通信实现系统，其特征在于：所述系统包含交换接点(13)、分别与上述交换节点(13)相连的网络终端(12)、(14)，以及分别与网络终端相连的用户终端(11)、(15)；其中用户终端含有与网络终端相连以便向网络终端发送由信元数据转换成的线路传输信号、并在相反的方向把线路传输信号恢复成接收信元数据的线路驱动接口(115)、(155)，与线路驱动接口(115)、(155)双向交互连接以维持发送和接收的信元缓冲队列并对是否发生了信元丢弃进行检查的传输质量控制模块(114)、(154)，把产生的通信数据封装成为信元同时根据特定内容的传输质量要求把信元设定为不同的传输优先级后再向传输质量控制模块(114)、(154)发送的信元生成和优先级设定模块(112)、(152)，从传输质量控制模块(114)、(154)发来的正确接收的信元中取出终端应用(111)、(151)所需数据的信元数据提取模块(113)、(153)，以及接收信元数据提取模块(113)、(153)发来的数据并向信元生成和优先级设定模块(112)、(152)发送通信数据的终端应用(111)、(151)；网络终端(12)含有监测从用户终端方向来的每个连接流量状态的有效信元到达速率测量部件(121)，接收和缓存从用户端方向送来的信元的信元缓存队列(122)，根据到达速率测量部件(121)的测量结果和预先存储在数据库单元(124)中的连接参数信息判定有效信元到达速率是否超过合约的智能控制部件(123)，存储连接参数信息的数据库单元(124)，根据智能控制部件(123)的指示对从用户端收到的信元设定信元丢弃优先级后再把收到的信元向相连的网络交换节点(13)发送的信元丢弃优先级更改部件(125)，与用户终端和交换节点都相连、接收交换节点送来的信元并将它们转发给用户终端的到达信元按地址过滤和分发部件(126)；网络终端(14)具有与网络终端(12)相同的结构；网络交换节点(13)含有输入输出端口模块(131)、交换矩阵模块(132)和智能优先级信元缓存模块(133)。

8.根据权利要求7所述的显式优先级信元中继方法而提出的通信实现系统，其特征在于：所述的网络交换节点(13)中智能优先级信元缓存模块(133)含有串接在该网络交换节点输入端与输出端之间且彼此双向互连的智能信元丢弃控制装置1331和优先级信元缓存队列1332。

9.根据权利要求8所述的显式优先级信元中继方法而提出的通信实现系统，其特征在于：所述的优先级信元缓存队列1332包括与智能信元丢弃控制装置1331互连的优先级信元缓存队列1332a以及和上述智能信元丢弃控制装置1331输出端相连的缓存队列预留部分1332b。

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